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DE4037349A1 - Directly measuring fuel flow to ship's engines - using measuring container, filled and emptied in phases to set threshold values to ascertain fuel consumption on gravimetric principle - Google Patents

Directly measuring fuel flow to ship's engines - using measuring container, filled and emptied in phases to set threshold values to ascertain fuel consumption on gravimetric principle

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Publication number
DE4037349A1
DE4037349A1 DE19904037349 DE4037349A DE4037349A1 DE 4037349 A1 DE4037349 A1 DE 4037349A1 DE 19904037349 DE19904037349 DE 19904037349 DE 4037349 A DE4037349 A DE 4037349A DE 4037349 A1 DE4037349 A1 DE 4037349A1
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DE
Germany
Prior art keywords
measuring container
phase
measuring
evaluation
pressure
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE19904037349
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German (de)
Inventor
Herbert Prof Dr Sc T Strickert
Peter Dr Ing Schmuck
Juergen Dr Ing Schoof
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Kvaerner Warnow Werft GmbH
Original Assignee
WARNOWWERFT GmbH
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Publication date
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Publication of DE4037349A1 publication Critical patent/DE4037349A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F9/00—Measuring volume flow relative to another variable, e.g. of liquid fuel for an engine
    • G01F9/001—Measuring volume flow relative to another variable, e.g. of liquid fuel for an engine with electric, electro-mechanic or electronic means
    • G01F9/003—Measuring volume flow relative to another variable, e.g. of liquid fuel for an engine with electric, electro-mechanic or electronic means by measuring the weight
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/007—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring the level variations of storage tanks relative to the time
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/14—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measurement of pressure

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Abstract

The base pressure in the measuring container (1) is continuously measured and supplied to an evaluating and control unit (10). The latter registers speed of change of the base pressure. The flow mass, according to the formula A/g multiplied by p, is ascertained in the phase in which the base pressure has a sinking tendency. In the phase during which the base pressure has a tendecy to rise, the formula m=mzu-A/g multiplied by p is used. A is the cross-sectional area of the measuring container, g is the acceleration due t gravity and p the speed of base pressure change. If there is a change in base pressure rate of change in the last mentioned phase, a control switch over follows in the first mentioned phase in which the actual mass of inflow, mzu, is ascertained for use in the given formula. USE/ADVANTAGE - Rapid and precise measurement during the filling phase as well as in the emptying phase of the measuring container. Large ships engines fuel supply.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur direkten und kontinuierlichen Massenstrommessung, insbe­ sondere zur Kraftstoffverbrauchsmessung an großen Schiffsmo­ toren nach dem gravimetrischen Prinzip.The invention relates to a method and a device for direct and continuous mass flow measurement, esp especially for measuring fuel consumption on large ship engines gates based on the gravimetric principle.

Um ein Umschalten des Zuflusses zum Motor und die damit ver­ bundenen Druckstöße zu verhindern, wird mittels der in der DE-OS 15 73 013 vorgeschlagenen "Einrichtung zur Messung des Verbrauches an flüssigen Betriebsstoffen ..." der Treibstoff kontinuierlich aus einem auf einer Waage stehenden Meßbehälter entnommen. Der Meßbehälter wird periodisch aufgefüllt und nur in der dazwischenliegenden Entleerungsphase wird die abgegebene Teilmasse bestimmt.To switch the inflow to the engine and the ver Preventing bound pressure surges is prevented by means of the DE-OS 15 73 013 proposed "device for measuring the Consumption of liquid fuels ... "the fuel continuously from a measuring container standing on a balance taken. The measuring container is filled up periodically and only in the intermediate emptying phase, the dispensed Partial mass determined.

Die Offenlegungsschrift DE 20 49 084 und die Auslegungsschrift DE 27 36 020 beschreiben jeweils eine Einrichtung bei der die abgegebene Masse einer unbekannten Flüssigkeit mittels einer hydraulischen Waage mit einer bekannten Flüssigkeit verglichen wird. Die Füllstandsänderung der bekannten Flüssigkeit zwischen zwei Marken ist das Maß der abgegebenen Masse.The laid-open specification DE 20 49 084 and the design specification DE 27 36 020 each describe a device in which the dispensed mass of an unknown liquid by means of a hydraulic scale compared with a known liquid becomes. The change in level of the known liquid between two marks is the measure of the mass delivered.

Die Auslegungsschrift DE 25 21 100 beschreibt eine Einrichtung, bei der die abgegebene Masse aus einem Behälter durch die Auf­ triebskraftänderung eines Auftriebskörpers zwischen zwei Schaltpunkten ermittelt wird.The design specification DE 25 21 100 describes a device in which the released mass from a container through the on Driving force change of a buoyancy body between two Switching points is determined.

Im WP 2 79 946 wird ein Stichprober beschrieben, bei dem in der Entleerungsphase die Auftriebskraftänderung eines Auftriebs­ körpers gemessen wird. Diese Auftriebskraftänderung ist pro­ portional dem Massenstrom aus dem Behälter.WP 2 79 946 describes a sampler in which the Emptying phase the change in buoyancy of a buoyancy body is measured. This buoyancy change is per proportional to the mass flow from the container.

Die beschriebenen Einrichtungen für die Massenstrommessung liefern nach einem Meßzyklus, der aus der Auffüll- und der Entleerungsphase besteht, nur einen Meßwert für den Massen­ strom. Da die in einem Meßzyklus abgegebene Masse, bedingt durch die Schalter, konstant ist, ist die Meßzykluszeit von dem Massenstrom umgekehrt proportional abhängig, d. h. schnelle Änderungen des Massenstromes werden nicht erfaßt. The devices described for mass flow measurement deliver after a measuring cycle, which consists of the filling and the Emptying phase exists, only one measured value for the masses electricity. Because the mass delivered in one measuring cycle is conditional through the switches, is constant, the measuring cycle time is from inversely proportional to the mass flow, d. H. rapid changes in the mass flow are not recorded.  

Der Stichprober liefert nur Meßwerte für den Massenstrom in der Entleerungsphase, d. h. während der Auffüllphase sind keine Verbrauchsmessungen möglich.The sampler only provides measured values for the mass flow in the emptying phase, d. H. during the refill phase no consumption measurements possible.

Es ist das Ziel der Erfindung, eine schnelle, genaue und effektive Massenstrommessung mit einem geringen materiellen und arbeitsmäßigen Aufwand zu realisieren.It is the aim of the invention to be fast, accurate and effective mass flow measurement with a low material and realizing workload.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Entwicklung eines Verfahrens und einer Einrichtung, mit dem kontinuierlich, d. h. sowohl in der Auffüllphase als auch in der Entleerungs­ phase des Meßbehälters der aktuelle Massenstrom ermittelbar ist. Das wird erfinderisch dadurch erreicht, daß in einem Meßbehälter der Bodendruck gemessen und in einem Auswertege­ rät daraus die Bodendruckänderungsgeschwindigkeit ermittelt wird. Dabei muß für die Bestimmung des Massenstromes aus der Bodendruckänderungsgeschwindigkeit in dem Auswertegerät zwi­ schen der Entleerungs- und der Füllphase unterschieden werden. Dieses ist erforderlich, da in der Auffüllphase die Bodendruck­ änderungsgeschwindigkeit proportional der Differenz zwischen dem Massenzufluß und dem Massenabfluß ist.The object of the invention is to develop a Method and a device with which continuously, d. H. both in the filling phase and in the emptying phase of the measuring container, the current mass flow can be determined is. This is achieved in an inventive manner in that Measuring container the ground pressure is measured and in an evaluation unit advises to determine the rate of change in soil pressure becomes. It must for the determination of the mass flow from the Soil pressure change speed in the evaluation device between a distinction is made between the emptying and filling phases. This is necessary because in the filling phase the ground pressure rate of change proportional to the difference between the mass inflow and outflow.

In der Entleerungsphase ist die Änderung o.g. Meßgröße der abgegebenen Masse direkt proportional. Die in einem Zeitraum abgeflossene Masse ist:In the emptying phase, the change mentioned above is Measured variable of delivered mass directly proportional. That in a period flowed off mass is:

- Massenabfluß
zu - Massenzufluß
g - Erdbeschleunigung
A - Querschnittsfläche des Meßbehälters
p - Bodendruckänderungsgeschwindigkeit- mass outflow
to - mass inflow
g - gravitational acceleration
A - cross-sectional area of the measuring container
p - rate of change of soil pressure

Der Übergang von der Auffüll- in die Entleerungsphase und umgekehrt wird durch das Auswertegerät in Abhängigkeit von dem Bodendruck oder dem Füllstand im Meßbehälter gesteuert. Gleichzeitig wird in der Auffüllphase der Massenstrom ent­ sprechend Gleichung (1) und in der Entleerungsphase der Mas­ senstrom entsprechend Gleichung (2) berechnet.The transition from the filling to the emptying phase and is reversed by the evaluation device depending on controlled the soil pressure or the level in the measuring container. At the same time, the mass flow is ent in the filling phase speaking equation (1) and in the emptying phase of the mas senstrom calculated according to equation (2).

Während in der Entleerungsphase der Bodendruckänderungsge­ schwindigkeit eindeutig ein Massenabstrom zugeordnet werden kann, ist die Bodendruckänderungsgeschwindigkeit in der Auf­ füllphase von dem Massenabstrom und dem Massenzustrom abhängig. Um eine eindeutige Aussage über den Massenabstrom in der Auf­ füllphase zu erhalten, ist es erforderlich, daß der Massenzu­ strom in der Auffüllphase bekannt ist. Deshalb ist nach wei­ teren erfinderischen Merkmalen vorgesehen, daß bei Änderungen der Geschwindigkeit der Bodendruckänderung durch das Auswerte­ gerät kurzzeitig in die Entleerungsphase umgeschaltet und nach Gleichung (2) der tatsächliche momentane Massenstrom bestimmt wird. Ist die Ursache für die Änderung der Bodendruckände­ rungsgeschwindigkeit ein anderer Massenzustrom, so wird der neue Wert für den Massenzustrom in Gleichung (1) während der darauf folgenden Auffüllphase verwendet.During the emptying phase of the soil pressure change speed can be clearly assigned to a mass outflow can, is the rate of change in ground pressure in the up filling phase depends on the mass outflow and the mass inflow. To make a clear statement about the mass flow in the up To get filling phase, it is necessary that the mass current in the filling phase is known. Therefore, according to white teren inventive features provided that when changes the speed of the change in ground pressure through the evaluation switches briefly to the emptying phase and after Equation (2) determines the actual instantaneous mass flow becomes. Is the cause of the change in soil pressure changes another mass inflow, so the new value for mass inflow in equation (1) during the subsequent filling phase used.

Es ist auch möglich, den Volumenstrom aus dem Tagestank zu überwachen und in der Auffüllphase das Ergebnis mit in die Bestimmung des Massenstromes einfließen zu lassen.It is also possible to add the volume flow from the daily tank monitor and in the filling phase the result with the Determination of the mass flow.

Die Meßeinrichtung besteht aus einem Auswerte- und Steuerge­ rät zur Auswertung der Bodendruckänderungsgeschwindigkeit und zur Ermittlung des Massestromes nach den o.g. Formeln. Das Auswerte- und Steuergerät ist mit mindestens einem Drucksensor im Boden des Meßbehälters sowie mit entsprechenden Ventilen für die Auffüll- und Entleerphase des Meßbehälters verbunden. Das Verfahren ist ebenfalls geeignet, die Dichte eines flüssi­ gen Mediums durch Auswertung, z. B. des Bodendruckes bei einer bestimmten Füllhöhe, zu bestimmen. The measuring device consists of an evaluation and control unit advises on the evaluation of the ground pressure change speed and to determine the mass flow according to the above Formulas. The The evaluation and control unit is equipped with at least one pressure sensor in the bottom of the measuring container and with appropriate valves connected for the filling and emptying phase of the measuring container. The method is also suitable for the density of a liquid gene medium by evaluation, z. B. the ground pressure at a certain level, to determine.  

Die Erfindung soll an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.The invention will be described in more detail using an exemplary embodiment are explained.

Die Figur zeigt das stark vereinfachte Schema eines Zweidruck­ kraftstoffsystems einer Dieselmotorenanlage, welche mit Schwer­ öl betrieben wird. Das Kraftstoffsystem ist durch einen Meßbe­ hälter 1, den Magnetventilen 2, 3 sowie den Ventilen 13, 14 erweitert worden. Bei aktiver Massenstrommessung ist das Ven­ til 13 geschlossen und das Ventil 14 geöffnet. Das Auswerte­ und Steuergerät 10 ist mit den Magnetventilen 2, 3, mit dem Bodendrucksensor 4 sowie mit dem Füllstandssensor 5 verbunden. In der Auffüllphase ist das Magnetventil 2 geschlossen und das Magnetventil 3 geöffnet. Die Niederdruckzubringerpumpe 9 för­ dert einen konstanten Volumenstrom aus dem Tagestank 11. Von dem gesamten Volumenstrom gelangt soviel in den Pufferbehäl­ ter 7 wie durch den Motor 12 verbraucht wird. Der Rest fließt über das Druckhalteventil 6 in den Meßbehälter 1 und füllt diesen auf. Der momentane Bodendruck im Meßbehälter 1 wird mit dem Bodendrucksensor 4 gemessen und im Auswertegerät 10 daraus nach Gleichung (1) der Massenstrom berechnet. Kommt es in dieser Phase zu Schwankungen der Bodendruckänderungsge­ schwindigkeit, wird das vom Auswerte- und Steuergerät 10 re­ gistriert und kurzzeitig in die Entleerphase umgeschaltet, um den aktuellen Massenzustrom zu zu ermitteln. Anschlie­ ßend wird wieder in die Auffüllphase umgeschaltet und zur Er­ mittlung des Massenabflusses in dieser Phase in der genannten Gleichung der zuletzt ermittelte Wert für den Massenzustrom verwendet. Der Bodendrucksensor 4 und das Auswertegerät 10 sind so eingestellt, daß die reine Entleerphase vor dem völli­ gen Entleeren des Meßbehälters 10 beendet wird, um instabile Zustände zu vermeiden. Bei Erreichen eines oberen Bodendruck­ wertes bzw. beim Erreichen des Niveaus des Füllstandsgrenz­ wertsensors 5 wird durch das Auswertegerät 10 in die Entleer­ phase umgeschaltet. Das Ventil 3 wird geschlossen und das Ventil 2 geöffnet. Das Öl fließt aus dem Meßbehälter 1 über Ventil 2 durch die Niederdruckzubringerpumpe 9 über das Druckhalteventil 6 wieder in den Meßbehälter 1. The figure shows the highly simplified diagram of a two-pressure fuel system of a diesel engine system, which is operated with heavy oil. The fuel system has been expanded by a Meßbe container 1 , the solenoid valves 2 , 3 and the valves 13 , 14 . With active mass flow measurement, the valve 13 is closed and the valve 14 is open. The evaluation and control unit 10 is connected to the solenoid valves 2 , 3 , to the bottom pressure sensor 4 and to the level sensor 5 . In the filling phase, the solenoid valve 2 is closed and the solenoid valve 3 is open. The low pressure feed pump 9 för changes a constant volume flow from the day tank 11th Of the total volume flow reaches as much in the buffer container 7 as is consumed by the motor 12 . The rest flows through the pressure holding valve 6 into the measuring container 1 and fills it up. The instantaneous soil pressure in the measuring container 1 is measured with the soil pressure sensor 4 and the mass flow is calculated from it in the evaluation device 10 according to equation (1). If, during this phase, to variations in the speed Bodendruckänderungsge that the evaluation and control unit 10 is re gistriert and briefly switched to the emptying phase, to determine to order the current mass flow. The system then switches back to the filling phase and uses the last determined value for the mass inflow in this phase to determine the mass outflow in this phase. The soil pressure sensor 4 and the evaluation device 10 are set so that the pure emptying phase is ended before the measuring container 10 is emptied completely, in order to avoid unstable conditions. When an upper ground pressure value is reached or when the level of the level limit value sensor 5 is reached, the evaluation device 10 switches over to the emptying phase. Valve 3 is closed and valve 2 is opened. The oil flows from the measuring container 1 via valve 2 through the low-pressure feed pump 9 via the pressure holding valve 6 back into the measuring container 1 .

Aus dem Kreislauf wird soviel Öl in den Pufferbehälter 7 abgegeben wie der Motor 12 verbraucht. Dabei leert sich der Meßbehälter 1. Der Bodendruck wird wiederum mittels Sensor 4 gemessen und im Auswertegerät 10 daraus der aktuelle Massen­ strom entsprechend Gleichung (2) berechnet. Bei Erreichung eines unteren Druckgrenzwertes erfolgt die Umschaltung in die Auffüllphase. Das Ventil 2 wird geschlossen und das Ventil 3 geöffnet. Damit wiederholt sich der Meßablauf.As much oil is discharged from the circuit into the buffer tank 7 as the engine 12 consumes. The measuring container 1 empties. The ground pressure is again measured by means of sensor 4 and the current mass flow is calculated therefrom in evaluation device 10 in accordance with equation (2). When a lower pressure limit is reached, the switchover to the filling phase takes place. Valve 2 is closed and valve 3 is opened. The measuring sequence is thus repeated.

Die Auslegung des Meßbehälters 1 erfolgt zweckmäßigerweise so, daß die reine Entleerungsphase mehrere Minuten dauert und die Höhendifferenz zwischen Öffnung und Schließung der Kraftstoffzufuhr über Magnetventil 3 einen ausreichenden Druckgradienten dp/dt liefert.The measuring container 1 is expediently designed in such a way that the pure emptying phase takes several minutes and the height difference between opening and closing the fuel supply via solenoid valve 3 provides a sufficient pressure gradient dp / dt.

Liste der verwendeten BezugszeichenList of the reference symbols used

 1 Meßbehälter
 2 Magnetventil 1
 3 Magnetventil 2
 4 Bodendrucksensor
 5 Füllstandsgrenzwertsensor
 6 Druckhalteventil
 7 Pufferbehälter
 8 Hochdruckzubringerpumpe
 9 Niederdruckzubringerpumpe
10 Auswertegerät
11 Tagestank
12 Motor
13 Ventil
14 Ventil
15 Entlüftungsleitung 1 measuring container
2 solenoid valve 1
3 solenoid valve 2
4 ground pressure sensor
5 level limit sensor
6 pressure control valve
7 buffer tanks
8 high-pressure feed pump
9 Low pressure feed pump
10 evaluation device
11 day tank
12 engine
13 valve
14 valve
15 vent line

Claims (4)

1. Verfahren zur direkten Massenstrombestimmung flüssiger Medien, insbesosndere zur Kraftstoffverbrauchsmessung bei großen Schiffsmotoren, unter Verwendung eines Meßbehälters, der in Phasen bis zu festgelegten Grenzwerten aufgefüllt und entleert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden­ druck im Meßbehälter (1) kontinuierlich gemessen und einem Auswerte- und Steuergerät (10) zugeführt wird, in dem die Bodendruckänderungsgeschwindigkeit ermittelt wird und daß in der Phase, in der der Bodendruck sinkende Tendenz hat, der Massenstrom nach der Gleichung sowie in der Phase, in der der Bodendruck steigende Ten­ denz hat, nach der Gleichung ermittelt wird sowie daß bei Änderung der Bodendruckände­ rungsgeschwindigkeit während der zuletzt genannten Phase Kontrollumschaltung in die zuerst genannte Phase erfolgt, in der der aktuelle Massenzustrom mzu ermittelt und in der genannten Gleichung verwendet wird.
A - Querschnittsfläche des Meßbehälters
g - Erdbeschleunigung
p - Bodendruckänderungsgeschwindigkeit.1. A method for direct mass flow determination of liquid media, in particular for measuring fuel consumption in large ship engines, using a measuring container which is filled and emptied in phases up to specified limit values, characterized in that the bottom pressure in the measuring container ( 1 ) is measured continuously and an evaluation - And control device ( 10 ) is supplied in which the soil pressure change rate is determined and that in the phase in which the soil pressure has a decreasing tendency, the mass flow according to the equation and in the phase in which the soil pressure has a rising tendency, according to the equation is determined and that when the soil pressure change speed occurs during the latter phase, control is switched to the first phase in which the current mass inflow m is determined and used in the equation mentioned.
A - cross-sectional area of the measuring container
g - gravitational acceleration
p - rate of change of soil pressure. 2. Einrichtung zur direkten Massenstrombestimmung flüssiger Medien mit einem Meßbehälter und Steuerungs- sowie Aus­ wertegeräten zum Auffüllen und Entleeren des Meßbehälters, dadurch gekennzeichnet, daß im Meßbehälterboden ein Druck­ sensor (4) angeordnet ist, der mit einem Auswerte- und Steuergerät (10) verbunden ist.2. Device for direct mass flow determination of liquid media with a measuring container and control and evaluation devices for filling and emptying the measuring container, characterized in that a pressure sensor ( 4 ) is arranged in the measuring container bottom, which is connected to an evaluation and control unit ( 10 ) is. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Auswerte- und Steuergerät (10) mit Zu- und Abflußven­ tilen (2, 3) und einem Füllstandssensor (5) des Meßbe­ hälters (1) verbunden ist. 3. Device according to claim 2, characterized in that the evaluation and control device ( 10 ) with inflow and outflow valves ( 2 , 3 ) and a level sensor ( 5 ) of the measuring container ( 1 ) is connected. 4. Einrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Auswerte- und Steuergerät (10) ein Programm zur Ermittlung des Massenstromes (m) und Mittel zur Aus­ wertung des Bodendruckes bzw. der Bodendruckänderungsge­ schwindigkeit besitzt.4. Device according to claim 2 and 3, characterized in that the evaluation and control device ( 10 ) has a program for determining the mass flow (m) and means for evaluating the ground pressure or the bottom pressure change speed.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0378396A2 (en) * 1989-01-11 1990-07-18 Conoco Inc. Apparatus and method for measuring mass flow of a liquid

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